淺析傳感器在煤礦監測系統中的有效應用

平頂山天安煤業股份有限公司五礦 河南 平頂山 467091

1 引言

眾所周知,煤礦井下作業環境復雜,容易出現安全事故。因此,為了確保煤礦作業安全,在現代技術的支持下,基于先進的傳感器技術來構建煤礦監測系統,實時監測煤礦井下作業環境中的CO、甲烷、溫度以及風速等參數。在上述過程中,主要通過傳感器技術來收集上述參數并轉化為機器系統可以識別的電信號,最終通過具體數值的形式在計算機中顯示。在此監測系統中,越來越先進傳感器技術的應用,推動煤礦生產管理方式的變革,提升了煤礦監控系統的安全性和可靠性,有利于保障煤礦作業安全。

目前煤礦井下常用的監測監控系統主要起到生產環境監測和生產信息監控的作用,前者主要對井下生產作業中的甲烷等易燃易爆氣體濃度、環境溫濕度以及煙塵、風速等生產環境信息進行監測。后者則主要監測機電設備運行狀態、水位和煤位等信息,基于這些信息還可以實現對水泵啟停、提升其啟停以及安全設施運轉等分布式控制。無論是何種監測監控系統,通常由主站、分站、服務器、各類傳感器、網絡交換機以及數據接口裝置等組成,起到采集、傳遞和處理信息的作用,下面就對其中各類傳感器的應用進行詳細介紹。

2 CO傳感器的應用

煤礦生產中出現煤炭的自燃現象以及在鉆孔作業時由于煤不完全燃燒容易產生CO,而CO傳感器則是判斷CO濃度的重要裝置。由于CO是一種無色無味的氣體,在井下較為封閉的作業環境中濃度過高容易造成人員窒息以及中毒等問題。因此,需要在大巷、采煤工作面、采空區以及回風巷等重點區域需要安裝CO傳感器來實時監測CO濃度,并聯動相應的報警裝置,一旦CO濃度超標則發出警報提醒工作人員。

3 甲烷傳感器的應用

煤礦井下作業中的瓦斯爆炸問題較為常見且具有較大的危害性,而瓦斯的主要成分是甲烷,其在空氣中達到一定濃度并遇到明火則會發生爆炸。因此,在井巷、工作面、采空區和回風巷道中都設置有甲烷傳感器來監測甲烷濃度。其主要原理就是結合不同的甲烷濃度來產生對應的電信號,在經過放大和模數轉換之后傳輸到處理器,在經過數據分析對比之后、結合事先設定的程序,一旦出現數據超標情況則發出報警或提醒等保護動作。

一直以來在煤礦井下比較常用電化學傳感器和燃燒性傳感器等甲烷傳感器類型,但是經過長時間的應用,發現此兩類傳感器在長時間使用中的穩定性較差,需要進行頻繁調校。而隨著甲烷傳感器技術的發展,目前煤礦井下常用的甲烷傳感器為紅外傳感器類型,在檢測甲烷濃度時依靠甲烷氣體對紅外光譜的吸收性來檢測,不會受到作業環境的影響,因此比較適合在煤礦井下應用。同時,此類傳感器還具有抑制零點漂移的作用,不需要頻繁進行校正,還具有較高的甲烷檢測準確性,大大減少了作業人員的工作量。此外,此類傳感器不僅可以實現全程實時測量,而且還具有較強的防水和防塵功能,環境適應性較強,可以長時間穩定工作,有助于確保煤礦作業環境的安全性。

4 溫度傳感器的應用

煤礦井下作業環境中的溫度因素不僅會影響作業人員的生命健康安全,而且也會影響井下機電設備的運行準確性以及測量精度等。比如一些儀器設備和傳感器等,比如開展超聲波測距作業之前需要開展溫度校準工作。在傳統的井下測溫方式中,比較常用熱電偶溫度傳感器類型,但是此種類型的傳感器在井下作業環境中應用,表現出測量精度低和誤差較大的缺點,這就會對超聲波測距的準確性造成干擾。此外,應用此種傳感器時的安裝調試步驟較為復雜,難以實現遠距離傳輸,且在遠距離傳輸時反應比較慢,影響其使用效果。因此,目前比較常用的溫度傳感器類型為光纖傳感器。此種傳感器在井下作業環境中表現出良好的抗電磁干擾能力,能夠在井下復雜的電磁環境中保證準確的測量數據。而且還具有較寬頻帶以及較低成本的優點,可以對沿線較多監測點開展連續和范圍溫度監測,并能夠實現遠距離傳輸,比較適合用其開展大范圍的溫度監測。比如在目前的井下作業中,可以在膠帶輸送機中應用光纖溫度傳感器,用于監測膠帶輸送機運行中由于摩擦等原因而出現的溫度過高缺陷。而且由于膠帶輸送機具有較長的距離并需要進行多點溫度監測,因此便于應用此類傳感器來實現連續多點監測和長距離傳輸,確保在監測到溫度超標時啟動斷電動作來保護膠帶輸送機。

5 風速傳感器的應用

煤礦井下的風速直接反應井下通風情況,也會間接影響井下的氧氣、瓦斯的濃度以及溫濕度等。一旦出現井下風速過慢的問題,則會減慢井下作業人員的含水蒸發速度而影響其身體健康,而且不利于井下有害氣體的排出和新鮮空氣的進入,增加巷道出現瓦斯爆炸的概率。而如果風速過高則會加速人體的汗液蒸發速度,增加作業人員出現感冒等。而且還會激起塵土而影響人體健康。因此需要將利用熱敏電阻原理的風速傳感器應用于巷道中對風速進行測定,由于風速增加會加快散熱速度,也就是通過對流換熱的方式來降低溫度。因此風速直接影響散熱量的大小和溫度,這就可以利用上述原理來測定風速,這也是利用熱敏電阻的風速傳感器的原理。這就可以測定兩端的電壓,由于熱敏電阻對應一個電阻值,就可以對風速進行測定。

6 結語

近年來人們生產活動更為頻繁使得煤炭需求量同步增加,增加了煤礦企業的生產壓力。目前煤礦井下常用的煤礦監測系統中常用的傳感器主要有CO、甲烷濃度、溫度以及風速等傳感器類型,通過對井下作業參數和環境數據的監測,有助于對井下生產活動和安全進行監測與控制。而可靠的傳感器技術則有助于保障所監測數據的準確性,進而可以保證煤礦監測系統應有作用的發揮,切實保證煤礦井下的作業安全。